1 柵式測量（liàng）係統的介紹

      從上個（gè）世紀（jì）50 年代到70 年代柵式測量係統從感應（yīng）同步器發展到光柵、磁柵、容柵和球柵，這5 種測（cè）量（liàng）係統都（dōu）是將一個柵距周期內的絕對式測量（liàng）和周期外的增量式測量結合了起來，測量（liàng）單位不是像激光一樣的是（shì）光波波長，而是通用的（de）米製(或（huò）英製)標尺。它們有（yǒu）各自（zì）的優勢，相互補充，在競（jìng）爭中（zhōng）都得到了發展。由於光柵測量係（xì）統的綜合技術性能優於其他4 種，而且製（zhì）造費（fèi）用又比感（gǎn）應同步器、磁柵、球（qiú）柵低，因此（cǐ）光柵發展（zhǎn）得最快，技術（shù）性（xìng）能最（zuì）高，市場（chǎng）占有率（lǜ）最（zuì）高，產業最大。

2 當今采用的光電掃描（miáo）原理及其產品係列（liè）

      光柵（shān）根據形成莫爾條紋的原理不同分為幾何光柵(幅值光柵)和衍射光柵(相位光柵)，又可（kě）根據光路的不（bú）同分為透射光柵和反射光柵。大多數（shù）海德（dé）漢（hàn）光柵尺是按照光電掃描原理工作的。光電掃（sǎo）描為無接（jiē）觸的，從而沒有磨（mó）損。它能掃描數微（wēi）米寬的最精細的刻線，並能產（chǎn）生很小信號周期的輸出信號。現將海德漢封閉（bì）式光柵尺所采用的2 種測量原理介紹如下（xià）。

2.1 成像測量原理

      簡單地說，成像測量原（yuán）理采用投射光產生信號：兩個具有相同刻線（xiàn）周（zhōu）期的光柵（shān）：刻線盤和掃描掩膜相對運動。掃描掩膜的載體材料（liào）是（shì）透光的，標尺載體的光柵（shān）同樣也是透光（guāng）的或反射的。

      如果平行光束（shù）通過（guò）一個光柵，則在一定的距離內投影成（chéng）明/暗區（qū）。由於有相同刻（kè）線（xiàn）周（zhōu）期的相對光柵，當兩個（gè）光柵相對運（yùn）動時，則通過的光線被調製：如果空（kōng）隙重疊，則光線通過；如果刻線位於空隙上，則是陰影。光電元件將這些光強變換成正弦形的電信（xìn）號。掃描掩膜上特殊形式的光柵將光電流進行濾波，使其產（chǎn）生（shēng）近似正弦形的輸出信號。光柵尺（chǐ）的光電掃描（miáo）是非（fēi）接（jiē）觸的，因（yīn）此無摩擦。這種光電掃描方法能（néng）檢測到非常細（xì）的線條，而（ér）且能（néng）生成信（xìn）號周期（qī）很小的輸出信號。

2.2 幹涉測量原理（lǐ）

      幹涉測（cè）量原（yuán）理的光柵尺是利用精細刻線光柵的光的衍射和幹涉產（chǎn）生信號，由此測量移動（dòng）量。利用凹凸形光（guāng）柵條（tiáo）紋作為測量基準，即在反射表（biǎo）麵上製成0.2μm 高的反射刻線。在標尺光柵的前麵放置一個（gè）與標尺光柵刻線周期相同的（de）透射（shè）相位光（guāng）柵作（zuò）為掃描掩膜。

      當（dāng）光波照射到掃描掩膜上（shàng），通過衍射分成三束光強近似的光波、級次為1, 0 和-1。它們在標尺上（shàng）的相位（wèi）光柵被衍射，使（shǐ）光強度的大部分反（fǎn）射在1 和-1 衍射級光（guāng）束上。這些光波在掃描掩膜上的光柵上再（zài）次相遇，重新衍射（shè）和幹涉。此時主要生成三個序列的光波，它（tā）們以不同的角度離開掃描掩膜。光電元件將這些光強度轉變成電信號。

3 光（guāng）柵尺常見（jiàn）的故障的（de）處理

      根據光柵尺的工作原理來分（fèn）析，可能的（de）故障（zhàng）可分為以下幾點；光柵故障，讀（dú）數頭故（gù）障（zhàng），連接電纜（lǎn）故（gù）障，接收（shōu）裝置故障（zhàng）等。在機床中一（yī）旦光柵尺出現故障將直接影響機床（chuáng）的加工精度甚至出現硬件報警使得機床不能運行。遇到這樣的故障（zhàng）應當怎麽處理（lǐ）呢？

3.1 光柵故障

      在實際應（yīng）用中（zhōng）為了防止光柵尺被汙染，我們應（yīng）經常的檢查尺的密封條確（què）保光柵尺（chǐ）在工作的時候密封條的完好。密封條的主要（yào）作用是保護光柵尺不（bú）被外界的粉塵和蒸汽汙染（rǎn）。另外，加（jiā）裝空氣壓縮單元對保護（hù）光柵也有很大的好處。加裝壓（yā）縮空氣（qì）單元（yuán），並保（bǎo）證尺的內腔壓力（lì）大於外部（bù）壓力（lì），使（shǐ）得空氣總是從尺的內（nèi）腔流向外麵（miàn），可以彌補密封唇密封效果不好對尺（chǐ）的影響，對保持光柵的（de）清潔有很大的好（hǎo）處，尤其（qí）是在那些工作環境粉塵、冷卻液、油霧比較大的（de）地（dì）方。目前常用的海德漢（hàn）和發格（gé）都為光柵尺配備了相應的空氣壓（yā）縮單元，合理的使用空氣壓縮單元可以大大的增加尺的使（shǐ）用（yòng）壽命（mìng）。

3.2 讀數頭故障

      讀數頭故障主要是由（yóu）讀數頭損壞或者感光（guāng）電路（lù）工作不正常造成的（de）。讀數頭是非常精密的電氣元件，安裝不恰當或者衝擊振動都可能（néng）造（zào）成讀數（shù）頭的損壞。一旦出現硬件（如：支撐架、透鏡、發光和感光元件）損壞則需要更換新讀數頭（tóu）。

此外，還應該注意的是讀數（shù）頭上的透鏡和感（gǎn）光（guāng）元件（jiàn）同樣很容易受到塵埃和油汙影響的。所以如在維修的過程中發現光柵尺被汙染在清潔光柵尺的同時也要注（zhù）意對讀數頭進行清潔。在清潔的過程中（zhōng）應當使用專（zhuān）門的清洗（xǐ）劑，避免對電路或者其他元件造成的損害。同時也需要十分的小（xiǎo）心不要造（zào）成人為的損壞。

3.3 連接電纜故障

      無論光柵尺用於數控係統還是數顯裝置，都需要大量的電（diàn）纜進行信號的傳遞。通常我（wǒ）們都會選擇防護等級較高的信號電纜，如西門子提供（gòng）的預安（ān）裝電纜等（děng）。對於這些電纜及連（lián）接件如果出現問題（tí）對係統（tǒng）也會造成一（yī）定的影響。如電纜斷線，連接件接觸（chù）不好（hǎo）或（huò）者接頭開（kāi）焊等。如果判斷（duàn）是反饋線路的問題可以校對反（fǎn）饋電纜（lǎn），看是否有斷線、混線（xiàn）或者接地現象。如果發現反（fǎn）饋電纜有明顯的（de）褶皺或者損壞，可以考慮更換電纜，如電纜無明顯損壞跡象則重點（diǎn）檢查各個連接件是否連接（jiē）緊固（gù），最後檢查連接插頭是否有開焊（hàn）的情況發生，如果有應該恢複線路。

3.4 接收裝置故障

      光（guāng）柵尺發出的信號是要通過專門的模塊處理才能（néng）被數控係統識別（bié），如果這些用（yòng）來接收信號的模塊自身出現問（wèn）題也會造成故障的產生。如（rú）數控機床中的控製模（mó）塊等。在檢查完（wán）以（yǐ）上部分（fèn）以後如故障依然存（cún）在可以嚐試更換數顯表或者控製（zhì）模（mó）塊來排除故障。通常這些部分都是（shì）模塊化的直接更換起來（lái）很方（fāng）便，在實際操作（zuò）中（zhōng）也可以用（yòng）來直接判斷故（gù）障。除以（yǐ）上介紹的四（sì）點意外還應該注（zhù）意的是尺的安裝問題環境溫度等對尺的影響。

4 旋轉編（biān）碼器的故障

      旋轉編碼（mǎ）器與光柵尺的工作原理基本上相同（tóng），隻是他將直線光（guāng）柵改變為圓光柵並且和測量電路集成到了一起。使得他的體積（jī）更小安裝更便利。由於兩（liǎng）者的原理是相（xiàng）同的所以在故障產生的原因和處理方法上（shàng）也（yě）大致相同，值得注意的是由於旋轉編碼器的集成化，所以圓形光柵一旦被汙染則不能像直線光柵那樣去清潔。有一些可拆卸的編碼器可以考慮用專用清洗機噴拭裏麵的圓光柵，而對於全封閉的編碼器基本上（shàng）隻能更換。

5 結語

      光柵尺和編碼器已經被廣（guǎng）泛的應用與現代自動化控製的領域中。用來解決軸（zhóu）的線位移、轉速或轉（zhuǎn）角的監測和控製問題。更多的了解關於光柵尺編碼器（qì）的工作原理對於（yú）處理工作中遇到的問（wèn）題（tí）有著十分重（chóng）要的意義。在工（gōng）作中掌握正確的維修技能，即可以（yǐ）節省（shěng）故障的修複時間，有利於生產正（zhèng）常進行。又可以節約修理費（fèi）用，減少（shǎo）不必要的備件處被。還可以鍛煉公司（sī）的年輕維（wéi）修人員，讓他們（men）開闊視野，增長見識（shí），提高維修數控機床的技能，增強綜合修理能力（lì）。